Capsulă imprimată 3D în stomac

Cercetătorii de la Universitatea Purdue au dezvoltat o capsulă imprimată 3D capabilă să preia mostre de bacterii în stomacul uman.

Pilula imprimată, care acționează ca o colonoscopie, este capabilă să prindă bacteriile (biomasele - adică ecosistemele bacteriene), nu numai în colon, ci în întregul tract gastrointestinal. Această soluție poate fi utilă nu numai pentru diagnosticarea individuală, ci și pentru procesele colonoscopice existente pentru a înțelege mai bine bolile intestinale.

Colonoscopie vs. Pastile imprimate 3D

În ultimul deceniu, mai multe studii au găsit o asociere între dezechilibru biologic (disbioză) în stomac și diverse boli, cum ar fi diabetul, obezitatea și sindromul metabolic (SM). Prezența unor specii bacteriene specifice poate modifica metabolismul anumitor medicamente, cum ar fi agenții chimioterapeutici și medicamentele antivirale. Prin urmare, eșantionarea microbiană este importantă pentru înțelegerea interacțiunilor medicamentoase microbiotice și oferă o oportunitate de a dezvolta eliberarea de medicamente specifice pacientului.

O mare parte din cercetările existente au fost realizate folosind metode de eșantionare ex-situ, bazate pe colectarea fecalelor. Deoarece numai o fracțiune a bacteriilor intestinale poate fi detectată în probele fecale, s-au făcut eforturi semnificative pentru a permite prelevarea directă a microorganismelor din tractul gastrointestinal (tractul gastro-intestinal, adică tractul gastro-intestinal). Tractul gastro-intestinal în sine are o lungime de nouă metri și variază în diametru de la pacient la pacient, astfel încât eșantionarea directă întâmpină o serie de probleme. Metodele actuale de colonoscopie și gastroscopie sunt limitate la prelevarea de probe în anumite stadii și pot fi invazive, dar este posibil ca pacienții să nu respecte regulile.

Capsulele funcționale inteligente oferă o soluție alternativă, deoarece sunt capabile să colecteze probe bacteriene de-a lungul tractului GI din locații prestabilite. Tehnologia PillCam Capsule Endoscopy (CE) este deja pe piață și este utilizată pe scară largă ca o alternativă neinvazivă la endoscopiile tradiționale. Capacitățile de diagnostic video ale PillCam sunt incontestabile, dar nu poate colecta și stoca probe. Deși au existat încercări de a dezvolta o capsulă de eșantionare alimentată cu baterii, dispozitivele au rămas în tractul intestinal al pacientului în timpul testării din cauza eșecurilor.

Eșantionarea „acționată pasiv” oferă o opțiune mai compactă, mai sigură și mai ieftină decât înainte. Capsula se deplasează prin tractul GI utilizând mișcarea peristaltică a intestinului și are o viteză medie de 1-2 cm/min.

Proiectarea capsulei Purdue

O echipă de cercetători de la Universitatea Purdue a creat o capsulă care utilizează proprietățile de umflare ale unui hidrogel absorbant pentru a colecta bioorganisme. Hidrogelurile sunt superabsorbante și pot absorbi până la 150-300 de ori greutatea lor în medii apoase, făcându-le ideale pentru depozitarea bacteriilor. Includerea capacității de absorbție a hidrogelurilor în dezvoltarea tabletei a permis dispozitivului să fie neinvaziv și să pătrundă în zone inaccesibile anterior ale tractului GI.

Comprimatul în sine constă din patru părți: un strat enteric biodegradabil, o „carcasă” tipărită 3D, un hidrogel de eșantionare și o membrană PDMS permeabilă la gaz. Echipa de cercetare a creat tabletele folosind o imprimantă 3D Form2 cu un polimer biocompatibil, cu fotopolimerizare. Fiecare capsulă de 9 mm diametru și 15 mm lungime conținea hidrogel de prelevare și o membrană groasă de 1 mm.

Acoperirea enterică biodegradabilă întârzie activarea capsulei până la atingerea țintei sale. Odată ce ajunge la destinație, acoperirea se dizolvă, permițând fluidelor GI să reumplă dispozitivul. Deoarece hidrogelul deshidratat se extinde în interiorul pilulei, împinge membrana PDMS în deschiderea capsulei și se închide când dispozitivul este plin.

Testarea eficacității capsulei Purdue

Pentru a evalua tabletele nou dezvoltate, grupul a efectuat, de asemenea, un test de scurgere și un test bacterian in vitro. Pentru a evalua mecanismul de etanșare al dispozitivului, capsula asamblată și numai hidrogelul separat au fost scufundate în soluție de clorură de sodiu și apă deionizată timp de opt ore. Diferența dintre cei doi hidrogeli a fost vizualizată prin adăugarea de coloranți alimentari roșii pentru a obține date exacte cu privire la nivelurile lor de absorbție.

Nivelul de absorbție în capsula sigilată și în apa pură deionizată sa dovedit a fi comparabil și a rămas stabil în timp. Prin urmare, testul a confirmat că nu a existat niciun schimb de lichid între hidrogelul din interiorul capsulei sigilate și soluția de clorură de sodiu.

Pentru a verifica dacă dispozitivul este capabil să preia probe bacteriene, cercetătorii au scufundat capsulele în mediu de cultură într-un mediu care simulează mediul GI. Trei capsule complet asamblate și o probă de hidrogel gol au fost scufundate în trei soluții diferite, fiecare timp de o oră. Condițiile sunt concepute pentru a fi ostile bacteriilor și, dacă capsula nu protejează suficient bioma din ea, cu siguranță vor muri.

Imaginile SEM în secțiune transversală au confirmat prezența bacteriilor pe suprafața hidrogelului și capacitatea bacteriilor E. coli de a se lega de rețeaua solidă de polimeri a gelului. În alte studii, o combinație de înălbitor și antibioticul Tobramicină a fost utilizată pentru a simula cel mai prost mediu posibil, dar încă realist. Numărul de bacterii viabile sa dovedit a fi mai mic în hidrogelurile goale în toate condițiile decât în probele extrase din capsule sigilate. Deși numărul bacteriilor din ultimul test a fost mai mic decât în primul caz, faptul că s-a găsit un biom viu în capsulă oferă dovezi suplimentare că hidrogelul a furnizat un habitat nutritiv pentru bacterii.

Echipa Purdue crede că designul ieftin și simplu al tabletei va permite utilizarea sa pe scară largă în viitor, în medii clinice. Cercetătorii se concentrează acum asupra testelor in vivo la nivelul tractului intestinal al animalelor.

Capsule anterioare imprimate 3D

Capsulele imprimate 3D au fost până acum un instrument important pentru oamenii de știință, deoarece oferă o modalitate neinvazivă de a examina și influența interiorul corpului uman.

Într-un proiect de cercetare condus de Universitatea Tufts, cercetătorii au imprimat, de asemenea, o capsulă pentru probarea bacteriilor din intestin, iar oamenii de știință de la London University College (UCL) au descoperit o reacție chimică neașteptată în timp ce fabricau capsule imprimate 3D. Experimentele au arătat că medicamentul antihipertensiv amlodipină nu a putut fi detectat în prezența altor medicamente. O echipă de la Universitatea St. John’s din New York a creat tablete imprimate 3D care pot preveni abuzul de opioide la pacienții dependenți și tratați cu opioide. Tabletele ovale, numite „ouă”, au fost dezvoltate pentru a le face dificil de consumat în scopuri recreative.